專利名稱：通過隔熱換能器最小侵入超聲波治療目標(biāo)的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種最小侵入超聲波治療患者的目標(biāo)的設(shè)備，其中至少一個超聲波治療換能器安排成通過產(chǎn)生其焦點位于該目標(biāo)內(nèi)從而加熱該目標(biāo)的超聲波場來治療該目標(biāo)，其中該超聲波治療換能器包括一個適用于沿著朝著該要治療的目標(biāo)插到身體內(nèi)的探針并且包括一個適用于靠在或位于該目標(biāo)中的前端，而且所述探針包括至少一個用來產(chǎn)生所述超聲波場的發(fā)送器元件，操作中允許加熱該發(fā)送器元件。
背景技術(shù)：
椎間盤由外纖維組織環(huán)、纖維環(huán)以及較粘的內(nèi)部髓核組成。椎間盤充當(dāng)減震器，如果纖維環(huán)斷裂，例如由于小裂縫，盤體會向外擴張并造成對神經(jīng)根的擠壓從而引起炎癥反應(yīng)。
從三十年代起通過去掉移位的盤體和/或一部分凸起的盤手術(shù)治療突出的椎間盤。后來，外科治療向不太侵入的手術(shù)發(fā)展，并且現(xiàn)在利用經(jīng)皮的技術(shù)去掉盤體。外科治療的一種替代方法是核化學(xué)法，其中把木瓜凝乳蛋白酶注入到髓核即盤的中央部分中。該酶和髓核中的長蛋白多糖鏈聚后然后喪失吸濕性。這減小髓核以及盤的凸起部分的體積和壓力，其解釋了核化學(xué)法后坐骨神經(jīng)痛病人疼痛緩解的原因。已經(jīng)證明該方法在75％的病例中減輕疼痛并且文獻都記載費用不高。遺憾的是，該方法在大約1％的病例中引起嚴重的過敏反應(yīng)。下一步提高應(yīng)該是對椎間盤突出的不侵入治療，其最好應(yīng)是無痛的、避免感染風(fēng)險的并且是不臥床的。
組織的溫?zé)岑煼ê湍摊煼ㄉ婕袄酶邚姸鹊木劢钩暡?。超聲波良好地穿過軟組織并且可以聚焦在幾毫米表面之內(nèi)的遠程點上。組織中的能量吸收按急劇的溫度梯度提高溫度從而清晰限定被治療體積的邊界不會損壞周圍的組織(US 5 291 890，US 5 501 655)。先前已知椎間盤突出的超聲波治療(EP 0 872 262)。
椎間盤的熱療在稱為IDET方法(US 6 073 051，US 6 007 570，US 5980 504)下證明是有效的。該方法目的是通過套管把導(dǎo)管插入到椎間盤中。該導(dǎo)管的最遠端有一個通過施加射頻電壓加熱的線圈(US 5 785705)。在該導(dǎo)管的加熱元件處于的髓核中熱量提高到約90℃并且進行15分鐘的治療。
和其它熱技術(shù)相比聚焦超聲波外科術(shù)具有幾個優(yōu)點。焦點可以移動并且可以在短的時段中提供能量。超聲波的局限是骨對它的吸收以及它對充氣管道的貫穿差。當(dāng)今超聲波外科術(shù)的臨床應(yīng)用主要用于眼科、泌尿科和瘤科。超聲波的效應(yīng)可分為熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。
超聲波的熱效應(yīng)是因為組織對超聲波的吸收造成的。這導(dǎo)致溫升，其中溫升取決于超聲波參數(shù)(頻率和強度)以及組織的聲學(xué)特性。肌與骨胳組織對超聲波的吸收隨磷灰石和蛋白質(zhì)含量增加，這意味著骨、軟骨、腱和韌帶中的高吸收。然而，水具有低的超聲波吸收能力并且因此可以充當(dāng)超聲波換能器和組織之間的聲學(xué)媒介。預(yù)期纖維環(huán)(高膠原蛋白含量)的吸收高于髓核(高水含量)。這會導(dǎo)致椎間盤外圍部分的溫度高于中央部分的溫度。為了防止纖維環(huán)的溫度超過有害程度同時又使髓核中的溫度達到足夠的水平，可以從幾個超聲波源發(fā)射超聲波。在這種方式下，場彼此疊加并且在可以把周圍組織(包括纖維環(huán))中的強度保持低的同時提高髓核里的效果。
在最小侵入超聲波治療中，通過患者皮膚上的小切口插入超聲波治療換能器并且朝要治療的目標(biāo)移動。由于操作中加熱超聲波換能器，存在靠近治療區(qū)的組織遭受不能接受的高熱影響的風(fēng)險。
本發(fā)明的目的是克服上述熱問題。根據(jù)本發(fā)明這是通過一種主要具有后面的權(quán)利要求1的特征的設(shè)備實現(xiàn)的。
通過在位于靠著或者位于要治療的目標(biāo)內(nèi)的探針的前部后面的后部中安排發(fā)送器元件，達到該發(fā)送器元件不加熱或者基本上不加熱所述前部，即達到在超聲波產(chǎn)生期間發(fā)熱的發(fā)送器元件和治療期間探針的前部所位于的組織之間的熱隔離。


下面參照附圖進一步說明本發(fā)明，附圖中圖1示意示出根據(jù)本發(fā)明的該設(shè)備的結(jié)構(gòu)實施例；圖2示意示出包含在根據(jù)圖1的設(shè)備里的超聲波治療換能器的各部分；以及圖3示意示出可包含在根據(jù)圖1的設(shè)備中的校準(zhǔn)部件。
具體實施例方式
圖1中示意示出的治療設(shè)備1用來通過至少一個超聲波治療換能器2(所謂的治療換能器)產(chǎn)生一個超聲波場3，場的溫度焦點F要位于患者4的目標(biāo)5內(nèi)以進行治療。該目標(biāo)例如可以是患者4的椎間盤5中的髓核6，但也可以是其它目標(biāo)諸如肩、膝、肘或足中的韌帶。然而，下面的說明將參照椎間盤的治療進行。
本例中的超聲波治療換能器2用來穿過患者4的皮膚，例如通過切口或者通過插管，并且和盤5，最好纖維環(huán)8，接觸，以在髓核5中達到局部溫升從而激勵盤中存在的諸如膠原酶的酶并且引起膠原蛋白和蛋白多糖的分解，這導(dǎo)致主要由于較小吸濕性使髓核6收縮。例如加熱到攝氏60-70度可以直接達到破壞一改變蛋白多糖中的結(jié)構(gòu)，可以在不對纖維環(huán)穿孔下使超聲波治療換能器2靠著盤5并且從該處把聚焦在溫度焦點F的超聲波場3發(fā)射到治療體積內(nèi)。
超聲波治療換能器包括一個探針10，其最好是一個細長探針10。探針10的前部10a可以定位成和盤5接觸。在探針10的在本文中稱為后部10b的位于所述前部10a的后面的部分10b中設(shè)置至少一個發(fā)送器元件11例如壓電元件，從而在操作期間加熱的發(fā)送器元件11不會或者實質(zhì)上不會加熱探針10的前部10a或者所述前部10a周圍的組織。
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，在探針的該部分即探針的后部放置或者附著電子電路，而在治療期間該后部是位于患者的身體外面的。從而沒有或者減少治療期間位于患者體內(nèi)的電子電路。
最好把探針10的前部10a配置成是熱隔離的。例如，可以用PyrexTM或其它適用材料造成構(gòu)成前部10a。
探針10的前部10a在前端可以封閉，例如通過材料適當(dāng)?shù)能洷?2。此外，探針10的前部10a可以包括或者附上一個聚焦部件13，以便聚焦發(fā)送器元件11生成的超聲波場3。所述聚焦部件13例如可以安排成和軟壁12相鄰。
發(fā)送器元件11和聚焦部件13之間的距離A可以在0.5-20厘米的范圍內(nèi)并且最好在1-18厘米的范圍內(nèi)。
探針10中發(fā)送器元件11和聚焦部件13之間的空間10c可以被安排和/或包含只在其中引起超聲波場3小功率損耗的材料。
如果所述空間10c包含材料，可以把該材料改變成單獨地或者和聚焦部件13一起地對超聲波場3施加聚焦作用。
治療設(shè)備1可以包括一個帶有關(guān)聯(lián)的內(nèi)部部分以及數(shù)個位置發(fā)送器19，最好至少三個這樣的位置發(fā)送器，的剛性管18。可以通過光導(dǎo)航技術(shù)向要治療的目標(biāo)5插入該管18。例如可以背外側(cè)地向盤5插入它。接著用超聲波治療換能器2替換管18的內(nèi)部部分，所述管18在圖1中是用虛線表示的。
治療設(shè)備1還可以包括一個用來導(dǎo)航超聲波治療換能器2的光導(dǎo)航部件20(US 5 772 594)。該光導(dǎo)航部件20包括至少一個診斷鏡頭21，其適用于在監(jiān)視器24上產(chǎn)生治療部位22至少一個解剖結(jié)構(gòu)圖像23。該診斷鏡頭21可以是一個X射線鏡頭25，其從不同方向(最好90°中間角)取治療部位22的二張解剖結(jié)構(gòu)23的畫面并在監(jiān)視器24上顯示這些畫面。在該光導(dǎo)航部件20上，X射線鏡頭25和一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器一起使用，以便在監(jiān)視器24上得到超聲波治療換能器2的位置及方向上的實時圖象(US 6 021 343，US 5 834 759，US 5 383 454)。
X射線鏡頭25包括一個位于X射線鏡頭25的物鏡前面的并且?guī)в幸阎鼈冎g的距離的標(biāo)記組27的定位部件26，例如圓柱套。這些標(biāo)記27可以是環(huán)繞的并由金屬材料例如鉭構(gòu)成。
在光導(dǎo)航部件20中，還可以包括一個參照部件28。在治療盤的情況下，該參照部件28排列成附著在脊椎29的棘突30上或者排列在可以給出相對于治療部位22的確定位置的對應(yīng)位置上。該參照部件28可以包括幾個位置發(fā)送器31，最好至少三個，并且它們可以用諸如鉭的金屬材料組成。
超聲波治療換能器2可以包括多個，最好三個或更多，位置發(fā)送器7以便確定它的位置。
此外，光導(dǎo)航部件20可以包括一個信號接收和/或信號發(fā)送單元32。該單元可以包括適當(dāng)數(shù)量的信號接收器33、34，用于分別接收來自超聲波治療換能器2以及參照部件28的位置發(fā)送器7和31的信號。該信號接收和/或信號發(fā)送單元32還能包括一個或更多的信號發(fā)送器35，用于向安排成接收這些信號的所述位置發(fā)送器7和31發(fā)送信號。
位置發(fā)送器7和31發(fā)送的信號例如可以以紅外光或可見光或射頻電磁波或聲波的形式，并且在這樣的情況下信號接收器33、34可以是紅外光或可見光或射頻電磁波或聲波的接收器。
在治療設(shè)備1中還可以包括一個用于校準(zhǔn)超聲波治療換能器2的溫度焦點F的溫度效應(yīng)的校準(zhǔn)單元37。校準(zhǔn)單元37具有一個或多個熱敏元件38，通過熱敏元件可以測量所述溫度焦點F的效應(yīng)以便進行校準(zhǔn)。這些熱敏元件38和示意示出的測量部件39連接。
可以把校準(zhǔn)單元37安排成通過一個可以是一個獨立的超聲波換能器的超聲波換能器的回波測量輸出功率。校準(zhǔn)單元37還可以安排成測量來自超聲波治療換能器2的回波。
在治療盤5，最好髓核6，之前，參照部件28可以位于患者4的椎骨29上并且可以在校準(zhǔn)單元37中校準(zhǔn)超聲波治療換能器2。
可以攝取在盤5的患者4的解剖結(jié)構(gòu)23的兩個X射線圖象，并且這些X射線圖象在監(jiān)視器24上被顯示。在這些X射線圖象上，可以通過定位部件26的各標(biāo)記27確定參考部件28相對于盤5的位置。
在盤5，最好髓核6，的治療期間，可以通過信號接收或信號發(fā)送單元32導(dǎo)航超聲波治療換能器2，從而在監(jiān)視器24上于X射線圖象中呈現(xiàn)導(dǎo)航。這是借助超聲波治療換能器2的位置發(fā)送器7通過信號和信號接收或信號發(fā)送單元32的信號發(fā)送器33、34合作實現(xiàn)的。通過所述導(dǎo)航，可以定位超聲波治療換能器2從而它的超聲波場3的溫度焦點F會落在盤5最好髓核6中。溫度焦點F上的溫度最好超過45℃。
如果相對于超聲波治療換能器2患者移動到不正確的位置或者如果反過來則可以自動中斷治療。
本發(fā)明不受上面說明的方法的限制，而是可以在后面權(quán)利要求書的范圍內(nèi)改變。從而，目標(biāo)5可以是體內(nèi)盤之外的任何要治療的目標(biāo)并且該盤可以是體內(nèi)的任何盤。
診斷鏡頭21可以是一個計算機X線斷層(CT)掃描儀，其安排成產(chǎn)生所述解剖結(jié)構(gòu)33的圖象并且可以在計算機程序或軟件中處理這些圖象以得到監(jiān)視器24中的三維圖象。診斷鏡頭21可以替代地是一個X射線鏡頭或者是一個核磁共振成像(MRI)鏡頭，其安排成產(chǎn)生所述解剖結(jié)構(gòu)23的圖象并且可以在計算機程序中處理這些圖象以在監(jiān)視器24中得到三維圖象。
超聲波治療換能器2可以安排成手動地或者通過定位部件40地相對于要治療的盤5定位。
探針10可以備有包含著在探針10的端頭附近傳導(dǎo)冷卻液的通道的冷卻部件(未示出)，其中該端頭可以帶有薄膜。但是，根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，探針的端頭不帶有薄膜。在這樣的實施例中，探針的端頭可以靠著要治療的目標(biāo)并且可以圍繞該端頭在該端頭和該要治療的目標(biāo)之間的空間中傳導(dǎo)冷卻液。
在治療盤的方法中以及治療身體中的其它目標(biāo)的方法中使用所說明的設(shè)備。例如這些其它目標(biāo)可以是已提到的諸如肩、膝、肘或足中的韌帶。
另外，還應(yīng)理解，取決于要治療的目標(biāo)可以去掉一些上面說明的不同步驟或部件。例如在治療諸如膝中的韌帶的情況下可以去掉光導(dǎo)航部件和/或參照部件，因為確定該結(jié)構(gòu)的位置要比例如椎間盤容易得多。
權(quán)利要求
1.一種用于最小侵入超聲波治療目標(biāo)的設(shè)備，其中安排至少一個超聲波治療換能器(2)用于通過產(chǎn)生超聲波場(3)治療該目標(biāo)(5)，場的溫度焦點(F)位于該目標(biāo)(5)內(nèi)以加熱目標(biāo)；其中該超聲波治療換能器(2)包括一個探針(10)，該探針(10)適應(yīng)于朝著該要治療的目標(biāo)(5)插入到體內(nèi)并且包括一個適應(yīng)于靠著或位于該目標(biāo)(5)內(nèi)的前部(10a)；并且其中所述探針(10)包括至少一個用來產(chǎn)生所述超聲波場(3)的發(fā)送器元件(11)，其特征在于，所述發(fā)送器元件(11)安排在位于該探針(10)的前部(10a)的后面的后部(10b)中，以及所述前部(10a)配置成是熱隔離的，從而在操作期間該發(fā)送器元件(11)不加熱或者實質(zhì)上不加熱該前部(10a)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，探針(10)的前部(10a)包括一個用于對發(fā)送器元件(11)產(chǎn)生的超聲波場(3)進行聚焦的聚焦部件(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的設(shè)備，其特征在于，發(fā)送器元件(11)和把超聲波場(3)聚焦到溫度焦點(F)上的聚焦部件(13)之間的距離(A)在0.5-20厘米的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的設(shè)備，其特征在于，發(fā)送器元件(11)和把超聲波場(3)聚焦到溫度焦點(F)上的聚焦部件(13)之間的距離(A)在1-18厘米的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，探針(10)在發(fā)送器元件(11)和把超聲波場(3)聚焦到溫度焦點(F)上的聚焦部件(13)之間的空間(10c)中配置和/或包含材料從而其中只存在超聲波場(3)的小功率損耗。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5中任一權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，探針(10)在發(fā)送器元件(11)和把超聲波場(3)聚焦到溫度焦點(F)上的聚焦部件(13)之間的空間(10c)中包含適應(yīng)于和該聚焦部件(13)一起對該超聲波場(3)施加聚焦作用的材料。
7.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，光導(dǎo)航部件(20)包括至少一個安排成產(chǎn)生該要治療的目標(biāo)(5)位于其中的治療部位的至少一個解剖結(jié)構(gòu)(23)的圖象的診斷鏡頭(21)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其特征在于，該診斷鏡頭(21)是X射線鏡頭(25)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其特征在于，該X射線鏡頭(25)包括一個帶有一組標(biāo)記(27)的定位部件(26)，這些標(biāo)記用于確定在監(jiān)視器(24)上顯示的存在在患者(4)的要治療的盤(5)上的解剖結(jié)構(gòu)(23)的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征在于，該監(jiān)視器(24)安排成顯示該X射線鏡頭(25)從二個不同位置攝取的二幅所述解剖結(jié)構(gòu)(23)的X射線照片。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其特征在于，該診斷鏡頭(21)是一個計算機X線斷層(CT)掃描儀，其安排成產(chǎn)生患者(4)要治療目標(biāo)(5)處的解剖結(jié)構(gòu)(23)的圖象，這些圖象在計算機程序(軟件)中處理以在監(jiān)視器(24)上得到三維圖象。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其特征在于，該診斷鏡頭(21)是一個X射線鏡頭或者是一個MRI掃描儀，其安排成產(chǎn)生患者(4)要治療目標(biāo)(5)處的解剖結(jié)構(gòu)(23)的圖象，這些圖象在計算機程序(軟件)中處理以在監(jiān)視器(24)上得到三維圖象。
13.根據(jù)權(quán)利要求7-12中任一權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，該光導(dǎo)航部件(20)還包括至少一個信號接收或信號發(fā)送單元(32)，后者用于從和對(a)一個帶有相對于該目標(biāo)(5)的設(shè)定位置的參照部件(28)上，以及(b)該超聲波治療換能器(2)上的位置發(fā)送器(31，7)接收和/或發(fā)送信號，從而可以其確定相對于所述治療部位(22)的位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其特征在于信號接收或發(fā)送單元(32)被安排成接收或發(fā)送紅外光或可見光或射頻電磁波或聲波形式的信號，還在于所述位置發(fā)送器(7，31)被安排成發(fā)送或接收紅外光或可見光或射頻電磁波或聲波形式的信號。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14的設(shè)備，其特征在于，該參照部件(28)附著在患者的脊柱中的椎骨(29)上，最好附著在所述椎骨(29)的棘突(30)上。
16.根據(jù)權(quán)利要求13-15中任一權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，該參照部件(28)包括由金屬球，最好鉭球，組成的位置發(fā)送器(31)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的設(shè)備，其特征在于，光導(dǎo)航部件(20)的該信號接收或信號發(fā)送單元(32)為至少一個X射線部件。
18.根據(jù)權(quán)利要求7-17中任一權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，可以向要治療的目標(biāo)(5)插入一個帶著關(guān)聯(lián)的內(nèi)部部分的管(18)，并且預(yù)期所述內(nèi)部部分由該超聲波治療換能器(2)替代。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的設(shè)備，其特征在于，可以通過該光導(dǎo)航部件(20)導(dǎo)航所述管(18)穿過患者(4)的皮膚并和要治療的目標(biāo)(5)接觸。
20.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，該超聲波治療換能器(2)的溫度焦點(F)上的溫度超過45℃。
21.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，一個標(biāo)準(zhǔn)部件(37)被安排用于校準(zhǔn)該超聲波治療換能器(2)發(fā)射的在所述超聲波治療換能器(2)的溫度焦點(F)上的功率和/或所述溫度焦點(F)相對于該超聲波治療換能器(2)的發(fā)送器元件(11)的位置。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的設(shè)備，其特征在于，該校準(zhǔn)部件(37)安排成通過一個超聲波發(fā)送器的回波測量發(fā)射功率。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的設(shè)備，其特征在于，該核準(zhǔn)部件(37)安排成測量來自該超聲波治療換能器(2)的回波。
24.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，該探針(10)帶有一個包含著在該探針(10)的端頭周圍傳導(dǎo)冷卻液的通道的冷卻部件，該端頭帶有一個薄膜。
25.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備安排對患者(4)的盤中的髓核(6)形式的目標(biāo)(5)進行最小侵入超聲波治療。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的設(shè)備，其特征在于，該超聲波治療換能器(2)安排成通過皮膚上的切口或者通過一條套管穿過患者(4)的皮膚并且和要治療其髓核(8)的盤接觸。
27.根據(jù)權(quán)利要求1-24中任一權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于它被安排成對肩或膝中的韌帶形式的目標(biāo)(5)進行最小侵入超聲波治療。
28.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，電子電路位于或者附著在該探針(10)的后部(10b)上并且在治療期間位于患者的體外。
29.對根據(jù)上述任一權(quán)利要求的設(shè)備的使用，其特征在于，在治療患者(4)的體內(nèi)的一個目標(biāo)(5)的方法中使用該設(shè)備，例如用來治療盤中的髓核(6)或者諸如肩或膝中的韌帶。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于最小侵入超聲波治療目標(biāo)的設(shè)備。安排至少一個超聲波治療換能器(2)以通過產(chǎn)生超聲波場(3)治療目標(biāo)(5)，場的溫度焦點位于其治療的目標(biāo)(5)內(nèi)。該超聲波治療換能器(2)包括一個適應(yīng)于沿著朝向該目標(biāo)(5)的方向插入體內(nèi)的探針(10)，探針的前部(10a)適應(yīng)于靠著或位于該目標(biāo)(5)內(nèi)。所述探針(10)包括至少一個用來產(chǎn)生所述超聲波場(3)的發(fā)送器元件(11)。用來產(chǎn)生超聲波場(3)的發(fā)送器元件(11)安排成位于該前部(10a)的后面，從而在操作中該發(fā)送器元件(11)不加熱或者基本上不加熱該前部(10a)。
文檔編號A61N7/02GK1615166SQ03802241
公開日2005年5月11日 申請日期2003年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月15日
發(fā)明者拉爾斯·科德格倫, 卡伊·拉爾森 申請人:烏爾特拉佐尼克斯Dnt股份公司